Diseño y aplicación de perfiles de aluminio en la industria fotovoltaica.

La energía es la base material para la supervivencia de la vida. Es un problema importante al que se enfrenta la humanidad en el siglo XXI. Las energías verdes, como la energía eólica, la energía hidráulica de escala moderada, la bioenergía, la energía solar, la energía geotérmica, etc., son cada vez más valoradas por la gente. Entre ellas, la energía solar es la energía limpia con mayor potencial e inagotable. Con el desarrollo de la industria fotovoltaica, sus soportes se han transformado de productos de acero a perfiles de aleación de aluminio , destacando sus ventajas respetuosas con el medio ambiente como ligereza, durabilidad, estructuras diversificadas y reciclabilidad. Con este fin, se diseña una estructura de producto razonable mediante análisis mecánico, que no solo pueda cumplir con los requisitos de uso, sino que también tenga una estructura simple y liviana.

1.2 Requisitos de diseño:

(1) Especificaciones del panel solar: 1650 mm × 990 mm × 50 mm

(2) Número de paneles solares instalados: 14 (

3) Conjunto de paneles solares: 2×7=14

(4) Ángulo de inclinación del soporte: 30°

(5) Velocidad máxima del viento: 42 m/s

(6) Carga de nieve: 0,65 kN/m2

(7) Carga del panel solar: 0,2 kN/m2

(8) Condiciones de instalación: Terreno, categoría de rugosidad del terreno II

(9) Estándar de cálculo: JIS C8955: 2011

(10) Vida útil del diseño del producto: 20 años

2 Diseño de resistencia

2.1 Condiciones de diseño

①La carga de nieve es de 0,65 kN/m2 y la velocidad máxima del viento está establecida en: 42 m/s. No se consideran cargas sísmicas. Se puede calcular que el espesor vertical de la nieve es inferior a 1 m, que es un cálculo para lugares normales.

② De acuerdo con lo anterior, se puede suponer que es la carga máxima en un lugar general, y se utiliza la carga compuesta a corto plazo de la carga fija G y la carga de presión del viento W generada por la tormenta, es decir, G+ W; la combinación de carga de G+S cuando hay nieve.

③ Calcule la resistencia a la flexión y la cantidad de flexión del material causada por la presión del viento que sopla desde el frente del soporte (viento a favor) y la presión del viento que sopla desde detrás del soporte (viento en contra), y confirme la resistencia.

④ Altura máxima H=2.175m.

2.2 Cargas asumidas

①Módulo solar de carga fija: Gm =0,2kN/m2; Peso de la vía en forma de T 110: G2= 1,703×9,8/(1,65/2)=0,021kN/m2; Peso de carga fija de vía única en forma de T 110 G= 0,2+0,021=0,221kN/m2;

②Carga de presión del viento: suponga que la carga de presión del viento que sopla desde el frente del conjunto (a favor del viento) es Wp Wp=Cw×(0,6×V0 2 ×E×I) Cw—coeficiente de viento. Este esquema es presión positiva. La fórmula de cálculo es: 0,65+0,009θ=0,65+0,009×30=0,92 V0—Velocidad del viento 42m/s E—Coeficiente ambiental, ya que H=2,175m es menor que Zb=5m Según la fórmula (4), la rugosidad del terreno categoría es II Er=1.7×(Zb /ZG)α =1.7×（5/350）0.15=0.8988 E=Er 2 /m2 La carga de presión del viento (viento en contra) que sopla desde detrás del conjunto es Wp, y la El coeficiente del viento se cambia a: Cw: coeficiente del viento. Este plan es presión negativa. La fórmula de cálculo es: 0,71+0,016θ=0,71+0,016×30=1,19 Wp=1,19×（0,6×422×1,777×1,0）=2,238kN/m2

③Carga de presión de nieve Sp Carga de nieve q: q=0,65kN/m2 Área de nieve As es el área proyectada horizontal de la superficie del conjunto: As=A×cos30°

Coeficiente de pendiente Cs=0,84 Sp=Cs×q×As=0,84×0,65×cos30°=0,473kN/m2

④Carga de vía única en forma de T: Carga durante acumulación de nieve a corto plazo: G +S =0,221 +0,473 = 0,694 kN/m2 Carga durante tormenta a corto plazo: G+W=0,221+1,73 = 1,951 kN/m2 (a favor del viento) GW =0,221- 2,238=-2,017kN/m2 (hacia arriba contra el viento) Debido a que la fuerza contra el viento es mayor que la fuerza a lo largo del viento, los siguientes cálculos solo consideran el viento en contra. Tomando el cálculo de la carga del viento en contra durante una tormenta de corta duración, una sola vía en forma de T q=2.017kN/m2 ×1.65/2=1.664kN/m2

2.3 Análisis de tensión de tubo cuadrado.

Dado que la longitud del cuadrado de aluminio 60×1505 es mayor que la del cuadrado de aluminio 60×600, sólo es necesario comprobar la estabilidad del cuadrado de aluminio 60×1505. La fuerza del aluminio cuadrado 60×1505 es: F=FB/cos30°=13319.5/ cos30°=15380N. Los dos extremos del aluminio cuadrado 60×1505 tienen bisagras, por lo que μ= 1. A partir de los parámetros de la sección transversal, I=300653mm4, i=22,1 mm; el módulo elástico del aluminio E =6,9×104 MPa. La longitud de la varilla l = 1505 mm. Aleación de aluminio σp =175MPa, entonces la flexibilidad λ= μl i = 1×1505 22,1 =68 λ1=π E σp =3,14× 6,9×104 175 =62,3. Obtenga: λ>λ1 Por lo tanto, el aluminio cuadrado 60×1505 es una varilla de cumplimiento grande. La fórmula de Euler se utiliza para calcular Fcr = π2 EI (μl)2 = 3.142 ×6.9×104 ×300653 (1×1505)2 =90303N F=15380N＜Fcr, por lo que el sistema general es estable.

Con el uso generalizado de materiales industriales de aluminio y la promoción de conceptos de protección ambiental en la industria fotovoltaica, el uso de aleaciones de aluminio en sus campos se ha vuelto cada vez más prominente, especialmente en países como Europa y Japón. Actualmente, nuestra empresa está desarrollando vigorosamente soportes solares y perfiles de marco. Durante el proceso de diseño, realizar el análisis mecánico de la sección de diseño, asegurando los requisitos de resistencia para resistir la presión del viento y la nieve, optimizar la estructura y utilización racional, y diseñar una sección de perfil que sea técnicamente factible, económica en materiales y fácil de ensamblar. , para atender mejor las necesidades de desarrollo de la industria.